李新++崔獻(xiàn)丹++梁亞楠++王敏晰++代濤++柳群義

摘要

從中國金屬資源安全的角度來看，優(yōu)化戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)的供應(yīng)結(jié)構(gòu)，降低一次礦產(chǎn)的對外依存度，通過合理的政策導(dǎo)向有效地增加中國城市礦產(chǎn)開發(fā)效率，挖掘廢舊金屬的回收和利用潛力，是實現(xiàn)礦產(chǎn)資源安全保障的重要前提。本文以鐵、銅、鋁等三種金屬礦產(chǎn)為例，采用美國、英國、法國、德國、日本等五個工業(yè)化國家及中國1949—2015年的面板數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建消費強(qiáng)度、回收密度和壽命分布函數(shù)分析了工業(yè)化五國金屬消費和報廢金屬回收的歷史規(guī)律，預(yù)測了2016—2030年中國三種金屬消費和報廢回收的變化趨勢。結(jié)果顯示：①五個工業(yè)化國家鐵、銅、鋁金屬的消費強(qiáng)度經(jīng)歷了快速上升、平臺緩降和較快下降的過程，而回收密度則經(jīng)歷了緩慢上升、較快增長和快速增長的三個階段，在消費強(qiáng)度與回收密度的第三階段呈現(xiàn)“脫鉤”特征；②中國鐵、銅、鋁三種金屬的消費強(qiáng)度大幅增加主要是集中在2000年以后，2015年我國鐵、銅、鋁的消費強(qiáng)度分別為540 kg/人、8 kg/人和23 kg/人，回收密度分別只有100 kg/人、0.5 kg/人和3 kg/人，除鐵、鋁的消費強(qiáng)度進(jìn)入平臺下降期外，銅消費強(qiáng)度和三種金屬回收密度仍處于增長的第一階段；③預(yù)計2030年，中國鐵、銅、鋁的消費強(qiáng)度將分別為450 kg/人、9 kg/人和20 kg/人，仍處在平臺緩慢下降階段，回收密度將分別增加到220 kg/人、3 kg/人和5 kg/人，回收密度與消費強(qiáng)度比例分別達(dá)到49%、33%和25%。通過對比可知，中國未來社會報廢金屬回收潛力巨大，如果能加以有效政策引導(dǎo)，加快回收利用，可大大緩解中國戰(zhàn)略性金屬的安全保障壓力。

關(guān)鍵詞金屬礦產(chǎn)；消費強(qiáng)度；回收潛力；預(yù)測

中圖分類號F062.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1002-2104（2017）07-0053-07DOI：10.12062/cpre.20170463

鐵、銅、鋁等大宗金屬是我國工業(yè)化過程中的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性資源，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、交通運輸、電力電器、機(jī)器設(shè)備、包裝容器等領(lǐng)域[1]，是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要礦物元素，對經(jīng)濟(jì)增長具有關(guān)鍵性作用[2]。2015年中國鐵、銅、鋁等金屬一次礦產(chǎn)的產(chǎn)量分別占其總產(chǎn)量的82%、65%和81%，對外依存度分別高達(dá)84%、80%和60%，中國大宗金屬礦產(chǎn)資源稟賦的先天不足，使得其高度對外依存和一次礦產(chǎn)為主的礦產(chǎn)資源供應(yīng)格局短時間內(nèi)難以改變。本文統(tǒng)計，1996—2015年中國大約累計消費粗鋼80億t、精煉銅1億t、原鋁2.2億t，大宗金屬社會消費蓄積量較大，但其中80%以上的消費量都集中在近10年，現(xiàn)階段達(dá)到生命周期的報廢金屬可回收量仍有限，未來金屬產(chǎn)品的報廢回收潛力尚待定量化測算。城市礦產(chǎn)變廢為寶，可有效替代原生礦產(chǎn)，減少能源消耗，是重要的戰(zhàn)略資源[3]。探明金屬社會消費、蓄積和回收間的投入產(chǎn)出規(guī)律，預(yù)測中國城市礦產(chǎn)中廢舊金屬的回收潛力，提高金屬二次資源的回收和利用效率，對解決中國戰(zhàn)略性金屬的資源安全和地緣政治下的資源戰(zhàn)略問題具有重大現(xiàn)實意義。基于此，本文通過對1949—2015年美國、英國、法國、德國、日本等工業(yè)化國家和中國的金屬產(chǎn)品消費、蓄積和回收的歷史經(jīng)驗分析，對2016—2030年中國鐵、銅、鋁等大宗金屬的報廢回收潛力進(jìn)行測算，以期為政府資源安全保障決策和促進(jìn)金屬二次資源利用提供依據(jù)。

1研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1消費強(qiáng)度（CI）與回收密度（RD）

礦產(chǎn)品使用強(qiáng)度是Wilfred[4]首先提出的一個概念，即每一種礦產(chǎn)被發(fā)現(xiàn)后，其使用都有一個上升、到達(dá)頂峰、最后緩慢下降的過程。它測度的是人均GDP下的礦產(chǎn)品消費量，用來表征一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的階段性的礦產(chǎn)品消費指標(biāo)，同工業(yè)化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)成熟度密切相關(guān)[5]。本文的消費強(qiáng)度（consumption intensity，CI）是指人均GDP下的人均金屬資源消費量，反映金屬資源需求與一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的相關(guān)程度及其內(nèi)在聯(lián)系。消費強(qiáng)度CI的計算如式（1）所示：

本文設(shè)定的“回收密度”（recycling density，RD）是指人均GDP下的社會報廢金屬人均回收量（不包含金屬冶金和生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢渣和邊角料），金屬產(chǎn)品的生命周期決定了社會報廢金屬回收相對于金屬產(chǎn)品消費存在一定的時間滯后性，其同樣與一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段密切相關(guān)?；厥彰芏仍诓煌A段的不同表征，表明了報廢金屬資源回收潛力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的內(nèi)在聯(lián)系。報廢金屬回收密度RD的計算如式（2）所示：

1.2報廢金屬回收潛力預(yù)測模型

1.2.1金屬產(chǎn)品壽命分布確定

根據(jù)產(chǎn)品生命周期理論，不同類別的金屬產(chǎn)品，有不同的使用壽命間隔。含有鐵、銅、鋁等金屬元素的產(chǎn)品在理論上達(dá)到其生命周期后將退出社會使用，轉(zhuǎn)化為報廢金屬品。而生命周期內(nèi)的金屬產(chǎn)品，逐年蓄積，在使用過程中不斷增加存量，這些使用中產(chǎn)品的社會存量將轉(zhuǎn)化為未來潛在的報廢金屬流量。已有研究成果中主要有4種壽命分布函數(shù)被用來計算和模擬金屬產(chǎn)品的社會存量和報廢金屬的產(chǎn)生量，不同的數(shù)學(xué)模型對社會存量和廢料產(chǎn)生量的預(yù)測會有一定的差異。4種分布主要包括：①針對既定壽命的δ分布[6]；②高斯分布[7]；③對數(shù)分布[8]；④韋伯分布[9-10]。由于具有極大的靈活性，在4種壽命模擬中的韋伯分布是最適用的方法[11]。本文在歷史金屬消費量的基礎(chǔ)上，采用韋伯分布模擬報廢金屬理論產(chǎn)生量。韋伯分布取決于位置參數(shù)“a”、比例參數(shù)“α”和形狀參數(shù)“β”，“t”表示測算期間內(nèi)的任意一年，則產(chǎn)品壽命分布函數(shù)f（t）可以表示為式（3）：

1.2.2金屬產(chǎn)品報廢預(yù)測模型

金屬產(chǎn)品的報廢是一個隨機(jī)過程，報廢金屬的產(chǎn)生量與金屬產(chǎn)品的消費量及其消費蓄積時間密切相關(guān)。由于數(shù)據(jù)獲取難度的原因，本文使用粗鋼、精煉銅和原鋁的消費量用于替代金屬產(chǎn)品中的當(dāng)年金屬元素消費量，并采用至上而下（topdown）的方法測算報廢金屬的產(chǎn)生量。參考前期研究成果[12-14]，假設(shè)第n年金屬累計報廢率為F（n），則該年金屬產(chǎn)品報廢率為從F（n）到F（n-1）的單位變化，即F′（n）。

1.3數(shù)據(jù)來源與處理

1.3.1數(shù)據(jù)來源

本文所使用的數(shù)據(jù)主要來源于兩個部分：

（1）1949—2015年美國、日本、英國、法國、德國的粗鋼、精煉銅、原鋁的消費量、廢舊金屬回收量、再生金屬產(chǎn)量等數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)調(diào)查局[15]和世界金屬統(tǒng)計局[16]。中國粗鋼、精煉銅、原鋁的消費量、部門消費數(shù)據(jù)來源于中國有色金屬工業(yè)協(xié)會[17]和中華人民共和國國家統(tǒng)計局[18]。2016—2030年中國鐵、銅、鋁等金屬的消費量、報廢量和回收量等數(shù)據(jù)均為本文測算。

（2）鐵、銅、鋁等金屬產(chǎn)品的生命周期分布、報廢金屬產(chǎn)生量和報廢率的數(shù)據(jù)主要來源于本文韋伯分布函數(shù)和金屬報廢量模型測算，基于以下四個假設(shè)：①消費量為粗鋼、精煉銅、原鋁消費量（非實際金屬產(chǎn)品消費量）；②金屬產(chǎn)品生命周期符合韋伯分布；③本文測算不考慮1949年之前數(shù)據(jù)，只分析1949—2015年金屬產(chǎn)品的歷史消費量和報廢量，以及預(yù)測的2016—2030年金屬產(chǎn)品的消費量和報廢量；④不考慮金屬產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)中的金屬損失量及其流量。

1.3.2數(shù)據(jù)處理

參考文獻(xiàn)[13]的研究成果，假設(shè)金屬銅產(chǎn)品消費存量的99.7%壽命周期介于[a，b]區(qū)間內(nèi)，本文確定金屬銅在基礎(chǔ)設(shè)施、交通運輸、設(shè)施設(shè)備和建筑業(yè)的四個消費領(lǐng)域的分布參數(shù)如表1所示。

參考文獻(xiàn)[8—9]的研究成果，本文測算金屬鋁在包裝容器、電力電子、交通運輸、機(jī)器設(shè)備、建筑業(yè)、日用品等六個消費領(lǐng)域的壽命分布參數(shù)如表2所示。

參考文獻(xiàn)[6，11]的研究成果，本文測算鋼鐵在建筑、交通設(shè)備、機(jī)器設(shè)備、電力電子和其他等五個消費領(lǐng)域的分布參數(shù)如表3所示。

2結(jié)果與分析

2.1消費強(qiáng)度和回收密度的國際比較

2.1.1鋼鐵消費強(qiáng)度和回收密度的國際比較

由圖1（a），五個工業(yè)化國家的鋼鐵消費強(qiáng)度變化規(guī)律相似，當(dāng)人均GDP不足1萬美元區(qū)間時（蓋凱1 990美元，下同），消費強(qiáng)度呈現(xiàn)快速增加特征；當(dāng)人均GDP為1萬美元時消費強(qiáng)度在500 kg/人附近，到達(dá)平臺期，進(jìn)入消費緩慢下降階段；當(dāng)人均GDP達(dá)到2萬美元時，消費強(qiáng)度在450 kg/人附近，開始進(jìn)入快速下降期，平臺期持續(xù)了30年左右；2014年中國在人均GDP為8 700美元時已經(jīng)達(dá)到550 kg/人，2015年開始降到540 kg/人，說明2014年中國鋼鐵消費已經(jīng)進(jìn)入平臺期，預(yù)計2030年中國鋼鐵消費強(qiáng)度將下降到450 kg/人。

由圖1（b），五個工業(yè)化國家的廢鋼回收密度變化規(guī)律也趨同：當(dāng)人均GDP小于1.2萬美元時，廢鋼回收密度較快增長；當(dāng)人均GDP為1.2萬美元時，回收密度為150—250 kg/人，到達(dá)增長的平臺期，進(jìn)入回收緩慢增長階段；當(dāng)人均GDP達(dá)到2.2萬美元時，回收密度為200 kg/人左右，增長平臺期持續(xù)了約25年，然后進(jìn)入快速增長期，鋼鐵回收密度快速增長期與消費強(qiáng)度快速下降期之間表現(xiàn)出明顯的“脫鉤”特征，五個工業(yè)化國家均進(jìn)入快速增長期，人均回收密度超過人均消費強(qiáng)度。2015年中國回收密度僅為100 kg/人，預(yù)計2030年可達(dá)到220 kg/人，2031年進(jìn)入鋼鐵回收較快增長平臺期。

2.1.2銅消費強(qiáng)度和回收密度的國際比較

由圖2（a），五個工業(yè)化國家的銅消費強(qiáng)度也表現(xiàn)出相似性，當(dāng)人均GDP低于1萬美元時，銅消費強(qiáng)度呈現(xiàn)快速增長特征；當(dāng)人均GDP為1萬美元時，消費強(qiáng)度均在10—12 kg/人，到達(dá)平臺期，進(jìn)入消費強(qiáng)度緩慢下降階段；當(dāng)人均GDP達(dá)到2萬美元時，消費量均在8—10 kg/人，然后進(jìn)入消費強(qiáng)度快速下降期，平臺期持續(xù)了25年左右。2015年中國精煉銅的消費強(qiáng)度在人均GDP為9 000美元時達(dá)到8 kg/人，預(yù)計在2020年可達(dá)到10 kg/人，2021年中國將進(jìn)入銅消費強(qiáng)度下降平臺期，預(yù)計2030年中國銅消費強(qiáng)度將下降到9 kg/人。

由圖2（b），五個工業(yè)化國家的廢銅回收密度表現(xiàn)為：當(dāng)人均GDP低于1萬美元時，回收密度緩慢增長；當(dāng)人均GDP為1萬美元時，回收密度為1.5 kg/人，達(dá)到平臺期，進(jìn)入回收較快增長階段；當(dāng)人均GDP達(dá)到2萬美元時，回收密度為3.5 kg/人，開始進(jìn)入快速增長階段，平臺期持續(xù)

了30年左右，銅回收增長期與消費下降期之間也表現(xiàn)出明顯的“脫鉤”特征。2015年中國回收密度僅為0.5 kg/人，預(yù)計在2020年達(dá)到1.5 kg/人，2021年中國將進(jìn)入銅回收較快增長的平臺期，預(yù)計2030年中國銅回收密度將達(dá)到3 kg/人。

2.1.3鋁消費強(qiáng)度和回收密度的國際比較

由圖3（a），五個工業(yè)化國家的原鋁消費強(qiáng)度變化規(guī)律為：當(dāng)人均GDP低于1.7萬美元時，原鋁消費強(qiáng)度呈現(xiàn)快速增長趨勢；當(dāng)人均GDP為1.7萬美元左右時，消費強(qiáng)度達(dá)到20—25 kg/人，到達(dá)平臺期，進(jìn)入消費強(qiáng)度緩慢下降階段；當(dāng)人均GDP達(dá)到2.2萬美元時，消費強(qiáng)度在20 kg/人左右，然后進(jìn)入快速下降階段，平臺期持續(xù)了14年左右。2015年中國原鋁的消費強(qiáng)度在已經(jīng)達(dá)到23 kg/人，預(yù)計在2017年即可達(dá)到25 kg/人，2018年中國原鋁消費強(qiáng)度將到達(dá)平臺期，預(yù)計2030年中國原鋁消費強(qiáng)度將下降到

20 kg/人，仍處在緩降的平臺期。

由圖3（b），五個工業(yè)化國家的廢鋁回收密度為：當(dāng)人均GDP低于1.2萬美元時，廢鋁回收密度緩慢增加；當(dāng)人均GDP為1.2萬美元時，回收密度為4 kg/人，到達(dá)平臺期，進(jìn)入回收較快增長階段；當(dāng)人均GDP達(dá)到2.2萬美元時，回收密度在7 kg/人左右，開始進(jìn)入快速增長期，平臺期持續(xù)了14年。2015年中國的廢鋁回收密度達(dá)到3 kg/人，預(yù)計在2030年達(dá)到5 kg/人，到達(dá)回收密度較快增長的平臺期。

2.2中國金屬產(chǎn)品理論報廢量與回收量測算

圖4（a）（b）（c）（d）分別表示在“基礎(chǔ)設(shè)施”、“建筑”、“交通運輸”和“設(shè)備部門”等四個領(lǐng)域的廢銅回收疊加圖。圖中每條不同曲線代表1949—2030年間不同年度的精煉銅消費壽命分布曲線，這些曲線在某一具體年度值的疊加代表當(dāng)年具體消費部門領(lǐng)域產(chǎn)生廢銅量。經(jīng)測算，中國廢銅理論報廢量從2007年開始快速增加，2015年中

國四個部門廢銅理論報廢量P（65）為106萬t當(dāng)年實際回收廢銅80萬t（含銅量），廢銅回收率接近80%。2020年理論報廢量P（70）為260萬t，如果按照80%回收率測算，可回收廢銅量200萬t；同樣計算可得，2030年中國可回收廢銅量達(dá)400萬t，人均回收密度接近3.5 kg/人。

對鋼鐵和鋁金屬重復(fù)上述計算可得：①中國廢鋼理論報廢量從2000年開始快速增加2015年五個部門廢鋼理論報廢量為1.1億t，當(dāng)年實際回收廢鋼9 000萬t（含鐵量），2030年可回收廢鋼達(dá)3億t，人均回收密度220 kg/人；②中國廢鋁理論報廢量從2004年開始快速增加，2015年中國六個部門廢鋁理論報廢量為450萬t，當(dāng)年實際回收廢鋁408萬t（含鋁量），2030年中國可回收廢鋁達(dá)700萬t，人均回收密度5 kg/人。

3結(jié)論

從中國金屬資源安全的角度來看，優(yōu)化戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)的供應(yīng)結(jié)構(gòu)，降低對外高度依存的一次礦產(chǎn)在供應(yīng)結(jié)構(gòu)中比例，通過合理的政策導(dǎo)向有效增加中國城市礦產(chǎn)開發(fā)效率，挖掘廢舊金屬的回收和利用潛力，是礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)政策的主要目標(biāo)之一。本文以鐵、銅、鋁等三種金屬礦產(chǎn)為例，采用中國、美國、英國、法國、德國、日本等國家1949—2015年的面板數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建金屬消費強(qiáng)度和回收密度指數(shù)分析美國等工業(yè)化五國金屬消費和廢舊金屬回收規(guī)律，進(jìn)而預(yù)判和分析中國大宗金屬的報廢和回收變化趨勢。主要結(jié)論如下：

（1）樣本期內(nèi)，五個工業(yè)化國家鐵銅鋁消費強(qiáng)度經(jīng)歷了上升、平臺緩降和快速下降的過程，而回收密度則經(jīng)歷了緩慢上升、平臺較快增長和快速增長的三個階段，并在

第三階段出現(xiàn)明顯“脫鉤”特征，工業(yè)化國家回收密度高于消費強(qiáng)度，具有金屬社會消費存量飽和下的消費流量自循環(huán)特征。

（2）中國鐵、銅、鋁等三種金屬的消費強(qiáng)度快速增加主要集中在2000年以后，但三種金屬回收密度變化卻出現(xiàn)相對滯后特征，2007年以后才略有加快。

（3）2015年，中國鋼鐵、銅、鋁三種金屬的消費強(qiáng)度分別是540 kg/人、8 kg/人和23 kg/人，而回收密度分別為100 kg/人、0.5 kg/人和3 kg/人，回收密度與消費強(qiáng)度比例分別僅為18%、6%和13%，遠(yuǎn)低于五個工業(yè)化國家的

水平。

（4）2030年，預(yù)計中國鐵、銅、鋁等金屬的消費強(qiáng)度將分別為450 kg/人、9 kg/人和20 kg/人，相對于2015年水平變化不大，仍處在緩慢下降的平臺期；而回收密度將分別達(dá)到220 kg/人、3 kg/人和5 kg/人，均進(jìn)入加快增長的平臺期?；厥彰芏扰c消費強(qiáng)度比例分別增加至49%、33%和25%。未來中國社會報廢金屬回收潛力巨大，如果能加以有效政策引導(dǎo)，加快回收利用，可大大緩解中國大宗金屬的安全保障壓力。

上述結(jié)論蘊含的對策建議包括：①現(xiàn)有對“城市礦產(chǎn)”的研究仍處于起步階段，基于工業(yè)化和城市化進(jìn)程的城市礦產(chǎn)存量的飽和度和流量的自循環(huán)規(guī)律仍需深入探索，傳統(tǒng)的金屬物質(zhì)流分析更多關(guān)注產(chǎn)業(yè)流量屬性，仍需補(bǔ)充社會屬性下的空間分布差異性、趨勢性、階段周期性和突變性等時空演變分析，應(yīng)系統(tǒng)開展城市礦產(chǎn)的成礦理論和時空演化機(jī)理的研究。②人類社會發(fā)展需要的礦產(chǎn)資源主要是礦物元素及其性能，金屬產(chǎn)品報廢是生命周期下的產(chǎn)品報廢，不是金屬元素本身，它會隨著再生和消費不斷循環(huán)利用。因此，開展基于物質(zhì)流的金屬礦產(chǎn)和城市礦產(chǎn)的存量和流量測算，深入挖掘廢舊金屬資源的潛力和規(guī)律，成為重點研究課題。③礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)政策應(yīng)將提高自然礦產(chǎn)和城市礦產(chǎn)的勘探開發(fā)效率作為主要目標(biāo)，國土資源管理部門就應(yīng)該擴(kuò)展礦產(chǎn)資源內(nèi)涵和外延，以礦物元素的全物質(zhì)流開發(fā)和可持續(xù)管理為礦產(chǎn)資源管理的核心內(nèi)容，結(jié)合自然礦產(chǎn)的地質(zhì)調(diào)查經(jīng)驗和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，開展全國性的“城市礦產(chǎn)”地質(zhì)調(diào)查工作，從資源安全戰(zhàn)略角度為國家提供科學(xué)的、可持續(xù)的礦產(chǎn)資源大數(shù)據(jù)和決策支撐。

（編輯：李琪）

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